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Gegenstand
der Erfindung ist ein implantierbares System zur Bestimmung des
Akkommodationsbedarfs in einem künstlichen
Akkommodationssystem durch Messung der Augapfelorientierung unter
Nutzung eines externen Magnetfelds.
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Das
menschliche Auge ist ein optisches System, das mit Hilfe mehrerer
lichtbrechender Grenzflächen
Objekte scharf auf der Netzhaut (retina) abbildet. Hierbei passieren
die Lichtwellen die Hornhaut (cornea), das Kammerwasser in der Vorderkammer (camera
anterior bulbi), die Linse (lens crystallina) und den Glaskörper in
der Hinterkammer (camera vitrea bulbi), die alle unterschiedliche
Brechungsindizes aufweisen. Ändert
sich die Gegenstandsweite des betrachteten Objektes, ist es für eine Abbildung mit
gleich bleibender Schärfe
auf der Netzhaut notwendig, dass sich das Abbildungsverhalten des
optischen Systems ändert.
Beim menschlichen Auge wird dies durch eine Verformung der Linse
mit Hilfe des Ziliarmuskels (musculus ciliaris) realisiert, wodurch
sich im Wesentlichen die Form und die Lage der Linsenvorder- und
-rückseite ändern (Akkommodation).
Bei einem intakten Akkommodationssystem eines jugendlichen Menschen
kann so die Scheitelbrechkraft des Systems zwischen Ferneinstellung (desakkommodierter
Zustand) und Naheinstellung (akkommodierter Zustand) um 14 dpt (Akkommodationsbreite)
verändert
werden. Dadurch können
bei einem normalsichtigen (emmetropen) jugendlichen Menschen Objekte,
die sich zwischen dem im Unendlichen liegenden Fernpunkt und dem
sich in etwa 7 cm vor der Hornhaut liegenden Nahpunkt befinden, scharf
auf der Netzhaut abgebildet werden.
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Da
die Fähigkeit
des menschlichen Auges zur Akkommodation mit zunehmendem Alter abnimmt,
sind eine Anzahl von künstlich
implantierbaren Linsensystemen mit variabler Brennweite entwickelt
worden.
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Bei
potentiell akkommodierenden Intraokularlinsen handelt es sich um
Linsen oder Linsensysteme, die nach operativer Entfernung der natürlichen Linse
anstelle dieser eingesetzt und vorwiegend im Kapselsack befestigt
werden. Durch eine noch vorhandene, jedoch geringe Restkontraktion
des Ziliarmuskels, soll über
eine Haptik eine axiale Verschiebung der Linse erreicht werden.
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Aus
der
WO 2002/11648
A1 ist eine chirurgische Korrektur von Brechungsfehlern
des menschlichen Auges durch den Einsatz von transkutan induziert
angetriebenen künstlichen
Muskelimplantaten bekannt. Hierbei werden entweder aktiv die axiale Länge oder
die vorderen Krümmungen
des Augapfels verändert.
Dies bringt die Netzhaut/Makula dazu, mit dem Brennpunkt übereinzustimmen.
Die Implantate nutzen transkutan induziert angetriebene sklerale
Muskelbänder,
ausgestattet mit künstlich
zusammengesetzten Muskelstrukturen. Die Implantate können eine
ausreichende Anpassung von einigen Dioptrin erreichen. Das Implantat
kann ein aktives bewegliches Ringmuskelband, um die Lederhaut zu
umfassen, enthalten, welches bevorzugt unter der Bindehaut und die
extra-okularen Muskeln implantiert wird.
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Aus
der
WO 2004/004605
A1 ist eine Einrichtung bekannt, welche zwei intraokulare
Implantate umfasst, von denen der optische Teil nahe seinem freie
Ende mit einer Auslösevorrichtung
ausgestattet ist, um die Länge
von besagtem Ende als Reaktion auf ein Kontrollsignal zu variieren.
Ferner umfasst die Einrichtung zwei Drucksensoren, welche sich zwischen
den Augäpfeln
und dem Einsatzpunkt entweder der äußeren geraden Augenmuskeln
oder der inneren geraden Augenmuskeln befinden, um für jede einen
Druck zu messen und in ein Drucksignal umzuwandeln. Ferner umfasst
die Einrichtung ein Vergleichsgerät zum Vergleichen der Drucksignale
und falls die Drucksignale eine vorgegebenen Bedingung erfüllen, wird
eine entsprechendes Bedingungssignal an ein Relais gesandt, welches
jeweils mit einem Implantat assoziiert ist. Es liegen zwei solche
Relais vor, um nach Eingang des Signals ein Kontrollsignal zu der
Auslösevorrichtung
des mit dieser verbunden Implantats zu senden.
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Aus
der
US 4,373,218 A ist
eine intraokulare Linse bekannt. Diese umfasst einen durch Flüssigkeit zu
erweiternden Beutel zur Aufnahme einer Flüssigkeit. Der durch die Flüssigkeit
zu erweiternde Beutel umfasst einen Linsenanteil und einen Röhrenanteil, welcher
durch die Lederhaut des Auges hinausreicht, wenn die intraokulare
Linse in das Auge eingesetzt wird. In einer alternativen Ausführungsform
ist die Flüssigkeit
eine flüssige
Kristallmaterie, welche in Kombination mit einer Elektrode und einem
Mikroprozessor benutzt wird, um den Brechungswinkel der Linse dahin
zu verändern
und auf die gewünschte Akkommodierung
zu reagieren.
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Ein
Weg den Akkommodationsbedarf zu ermitteln, ist die Messung des Pupillendurchmessers und
der Umfeldleuchtdichte. Aus der
US 6638304 B2 sind Möglichkeiten zur Messung von
Leuchtdichte und Pupillendurchmesser bekannt. Dabei werden die Leuchtdichte
mit einem Fotosensor und der Pupillendurchmesser mit einer Elektrode
gemessen, welche Potenzialänderungen
der Iris detektiert.
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Aus
der
DE 10 2005
038 542 A1 ist eine Vorrichtung zur Wiederherstellung der
Akkommodationsfähigkeit
bekannt, welche ein optisches System, ein Informationssystem zwecks
Erfassung der körpereigenen
Steuersignale für
Pupillenweite oder Augenmotorik oder Akkommodation oder eine Kombination
der genannten Steuersignale, ein Informationsverarbeitungssystem
zwecks Erzeugung eines Stellsignals für das optische System aus den
erfassten körpereigenen
Steuersignalen, ein Energieversorgungssystem und ein Befestigungssystem
umfasst.
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Vorrichtungen
zur Wiederherstellung der Akkomodationsfähigkeit sind ferner aus der
DE 101 55 345 C2 und
WO 03/017873 A1 bekannt.
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Ferner
gibt es zahlreiche wissenschaftliche Veröffentlichungen zu dem Thema
Akkommodationsfähigkeit
von Linsensystemen.
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Das
Problem der Akkommodation bis zu einem Leseabstand von ca. 30 cm
wird durch den bisherigen Stand der Technik noch nicht zufriedenstellend
gelöst.
Grundsätzlich
ist es nämlich
durch die im Rahmen einer Kataraktextraktion implantierte Kunstlinse
bisher nicht zufriedenstellend möglich,
auf verschiedene Entfernungen zu fokussieren. Bisherige Versuche,
intraokulare Strukturen, insbesondere die Ziliarmuskelaktivität zur mechanischen
Brechkraftänderung
implantierbarer Systeme zu nutzen, sind aus biologischen Gründen bisher
nicht gelungen und dies ist auch mittelfristig nicht zu erwarten.
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Aus
dem Stand der Technik sind Lösungen zur
intrakorporalen Bestimmung des Akkommodationsbedarfs über die
Augapfeloriemtierung des Augenpaares bekannt. Diese beschränken sich
aber auf die Detektion der Kontraktion der äußeren Augenmuskeln, entweder
durch Potentialmessung (z. B.
US
6,638304 ) oder durch Messung der Andruckdifferenz zwischen
Augapfel und zwei horizontalen Bulbusmuskeln an unterschiedlichen
Augen (
WO 2004/004605
A1 ).
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Die
Erzeugung von starken, wechselnden elektromagnetischen Feldern sowie
die Detektion der Bewegung kleiner Spulen setzen Geräte voraus,
die aufgrund ihrer Masse und ihres Volumens für eine Implantation nicht geeignet
sind. Die Messung der Kontraktion der Bulbusmuskeln über das
Muskelpotential oder des Andrucks setzt eine Informationsverbindung
zwischen Sensor und dem optisch aktiven Implantat im Kapselsack
voraus. Eine Kabelverbindung würde
den operativen Aufwand enorm erhöhen. Eine
drahtlose Informationsübertragung
setzt ein aktives System am Muskel voraus, welches ebenfalls über eine
Energieversorgung verfügen
müsste.
Zusätzlich
besteht bei der Verwendung von Elektroden das Problem von möglichen
Gewebeänderungen
im Elektrodenbereich. Daher sind beide Lösungen nicht praktikabel.
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Externe
Magnetfelder werden zur Bestimmung der Augapfelorientierung in einem
Implantat noch nicht verwendet. Bisherige Lösungen zur Messung der Augapfelorientierung
durch Magnetfelder bestehen nämlich
aus Spulen in Kontaktlinsen, deren Ausrichtung im Raum durch die
Wechselwirkung mit starken, zeitlich veränderlichen Magnetfeldern bestimmt
werden kann.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System vorzuschlagen,
das in den Kapselsack implantierbar ist und seine Steuerimpulse
unabhängig
von der Ziliarkörperaktivität gewinnt.
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Demgemäß ist es
es die Aufgabe der Erfindung ein implantierbares System zur Bestimmung des
Akkommodationsbedarfs in einem künstlichen Akkommodationssystem
durch Messung der Augapfelorientierung unter Nutzung eines externen
Magnetfelds umfassend
- a) wenigstens ein optisches
System,
- b) wenigstes ein Informationserfassungssystem mit Mitteln zur
Erfassung der Augapfelorientierung beider Augäpfel als körpereigenes Steuersignal für den Akkomodationsbedarf,
- c) wenigstens ein Informationsverarbeitungssystem zwecks Erzeugung
eines Stellsignals für
das optische System aus den erfassten körpereigenen Steuersignalen
- d) wenigstens ein Energieversorgungssystem und
- e) wenigstens ein Befestigungssystem.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass das System in beiden Augen je ein Mittel zur Erfassung der
Augapfelorientierung des jeweiligen Augapfels auf der Basis der
Messung des externen Magnetfeldes aufweist, wobei die Mittel zur
Erfassung der Augapfelorientierung fest mit dem jeweilig zugehörigen Augapfel
verbunden sind oder in diesen eingesetzt sind, und dass Übertragungsmittel
für den
gegenseitigen Informationsaustausch zwischen den Mitteln zur Erfassung
der Augapfelorientierung des jeweiligen Augapfels vorgesehen sind.
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Die
einzelnen Subsysteme a) bis e) sind zu einem, bzw. in mehreren Regelkreisen
verschaltet. Das optische System, das Informationserfassungssystem,
das Informationsverarbeitungssystem, das Energieversorgungssystem
und das Befestigungssystem sind vorzugsweise zu einem Implantat
zusammengefasst, welches zur Wiederherstellung der Akkommodationsfähigkeit
des tierischen oder menschlichen Auges in dieses mittels des Befestigungssystems
einsetzbar ist. Hierbei ist das optische System im Strahlengang
des Auges angeordnet und bildet mit diesem zusammen den dioptrischen
Apparat des Auges. In gleicher Weise sind vorzugsweise das Informationserfassungssystem,
das Informationsverarbeitungssystem und das Energieversorgungssystem
außerhalb
des Strahlengangs angeordnet. Das Informationserfassungssystem kann
sich auf mehrere Implantate (z. B. im linken und rechten Augapfel
und im Oberkiefer) verteilen. Das Energieversorgungssystem kann
vorzugsweise drahtlos mit einem externen System in Verbindung stehen.
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Das
optische System, bestehend aus einem oder mehreren aktiv-optischen
Elementen und/oder einer oder mehreren von Aktoren axial verschieblichen
starren Linsen (=passiv-optisches Element), hat die Aufgabe, das
Abbildungsverhalten im Strahlengang zu beeinflussen. Es muss im
sichtbaren Wellenlängenbereich
transparent sein und muss die Lage und/oder die Form mindestens
einer seiner lichtbrechenden Grenzflächen zeitlich ändern können, um die
Scheitelbrechkraft des dioptrischen Apparates zu verändern. Die
aktorische Komponente besteht dabei aus Energiestellern und Energiewandlern,
welche unter Einwirkung von Stellsignalen einer informationsverarbeitenden
Einrichtung Kräfte
realisiert, die dann in Bewegung umgesetzt werden können.
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Im
Falle eines passiv-optischen Elementes werden eine oder mehrere
starre Linsen von einem Aktor axial im Strahlengang verschoben.
Dieses Wirkprinzip wird standardgemäß in technischen Produkten
zur Fokussierung eingesetzt.
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Verschiedene
Mechanismen können
zur Erfüllung
der oben beschriebenen Aufgabe eines aktiv-optischen Elements zum
Einsatz kommen. Dabei ist zwischen einer Änderung der Brechungsindexverteilung
und einer Krümmungsänderung
einer zwei Medien unterschiedlicher Brechungsindizes trennenden
Grenzfläche
zu unterscheiden. Diese Veränderungen
können
durch verschiedene physikalische Wirkungsprinzipien realisiert werden,
die im Folgenden dargestellt werden.
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Brechungsindexänderung
durch elektrooptische Materialien: Die doppelbrechende Eigenschaft elektrooptischer
Materialien kann durch elektromagnetische Felder beeinflusst werden.
Dadurch kann eine definierte Brechungsindexverteilung eingestellt werden,
die eine gezielte Beeinflussung des Abbildungsverhaltens in einer
Polarisationsebene des Lichts ermöglicht. Diese kann neben einer
gezielten Änderung
der Fokuslage auch die Korrektur von Abbildungsfehlern höherer Ordnung
(z. B. Astigmatismen, sphärische
Aberration, Koma) umfassen. Um beide zueinander senkrechten Polarisationsebenen gleichermaßen zu beeinflussen,
ist eine rechtwinklig gekreuzte Hintereinanderanordnung zweier derartiger
Systeme notwendig.
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Brechungsindexänderung
durch Dichteänderung
eines kompressiblen Fluids: Der Brechungsindex eines kompressiblen
Fluids (z. B. eines Gases oder Gasgemisches) ist von der Dichte
abhängig. Diese
Abhängigkeit
wird durch die Gladstone-Date-Konstante beschrieben. Werden in einer gasgefüllten Kammer,
die ein oder mehrere gekrümmte
Begrenzungsflächen
aufweist, der Druck und/oder die Temperatur geändert, ändert sich demnach auch das
Abbildungsverhalten des optischen Systems.
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Geometrieänderung
durch äußere Krafteinwirkung
auf einen elastischen Festkörper:
Ein elastischer Festkörper,
dessen Brechungsindex sich von dem der Umgebung unterscheidet, kann
durch Einwirkung äußerer Kräfte so verformt
werden, dass sich die Krümmung
seiner lichtbrechenden Oberflächen ändert und
dadurch das optische Abbildungsverhalten beeinflusst wird.
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Geometrieänderung
durch Benetzungswinkelbeeinflussung (Electrowetting): Zwei ineinander nicht
mischbare Fluide annähernd
gleicher Dichte, die sich in ihren Brechungsindizes unterscheiden,
bilden eine sphärisch
gekrümmte
oder plane Grenzfläche
(Meniskus). Wird das eine, elektrisch leitfähige Fluid, in Kontakt mit
einer Elektrode gebracht und gegenüber einer zweiten, von den
beiden Fluiden durch eine isolierende Schicht (Dielektrikum) getrennte Elektrode
eine Potentialdifferenz angelegt, so lässt sich der Benetzungswinkel
und somit die Krümmung des
Meniskus durch den sog. Elektrowetting-Effekt ändern. Da der Meniskus zwei
Medien unterschiedlichen Brechungsindex trennt, wird das optische
Abbildungsverhalten verändert.
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Geometrieänderung
durch Druckänderung eines
Fluides: Wird in einer fluidbefüllten
Kammer, die eine oder mehrere deformierbare Begrenzungsflächen aufweist,
die Druckdifferenz zur Umgebung geändert, kommt es zu einer Krümmungsänderung der
Begrenzungsflächen
und demnach auch zur Änderung
des Abbildungsverhaltens des optischen Systems.
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Geometrieänderung
durch Kraftentwicklung innerhalb eines intelligenten Materials:
Intelligente Materialien (Smart Materials) können durch Änderungen ihrer atomaren/ molekularen
Struktur Kräfte
entwickeln und sich dadurch verformen. Durch die Einstellung eines
Grenzflächenprofils
zwischen intelligentem Material und Umgebung lässt sich demzufolge ebenfalls
das optische Abbildungsverhalten beeinflussen.
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Auch
Kombinationen der genannten Wirkprinzipien sind möglich. Das
optische System ist folglich in der Lage, die Fokuslage des dioptrischen
Apparates anzupassen. Das optische System kann des Weiteren mehrere
Elemente umfassen, um das optische Abbildungsverhalten im Strahlengang
zu optimieren. Ein enthaltenes aktiv-optisches Element kann gegebenenfalls
weitere Abbildungsfehler (monochromatische und chromatische Aberrationen)
statisch oder auch dynamisch korrigieren (lokale Beeinflussung der
Lichtwellenfront).
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Zur
Generierung der Stellsignale für
die aktorische Komponente des aktiv-optischen Elementes bzw. des
passiv-optischen Elementes, ist es notwendig, Informationen zu erfassen,
aus denen auf die notwendige Scheitelbrechkrafterhöhung (=Akkommodationsbedarf)
geschlossen werden kann.
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Informationen über den
Akkommodationsbedarf können
aus körpereigenen
Steuersignalen der Okulomotorik gewonnen werden. Unter Steuersignalen
werden hierbei Informationen verstanden, die den Sollwert oder den
unter Einfluss des Sollwertes und möglicher Störsignale umgesetzten Istwert
einer Regelstrecke enthalten. Für
die Nutzung der Steuersignale der Okulomotorik, müssen Informationen beider Augen
zusammen zur Ermittlung des notwenigen Akkommodationsbedarfs herangezogen
werden.
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Die
Okulomotorik (vor allem die horizontale Vergenzbewegung) und der
Akkommodationsbedarf sind beim Binokularsehen eindeutig miteinander
gekoppelt. Die Fixierlinien beider Augen richten sich durch Rotation
der Augäpfel
so auf ein beliebig im Raum positioniertes Fixationsobjekt aus,
dass das Bild des Fixationsobjektes auf korrespondierende Netzhautstellen
fällt.
Dadurch wird die Informationsfusion der beiden Einzelbilder zu einem
Einfachbild im Gehirn ermöglicht.
Die räumliche
Orientierung der Augäpfel
kann durch die Rotationen der Augäpfel um die drei Raumachsen
beschrieben werden. Dabei treten bei jedem Augapfel separat betrachtet
Rotationen um die horizontale Achse (Nickbewegung), um die mitgedrehte
vertikale Achse (Gierbewegungen) und die mitgedrehte Fixierlinie
(Rollbewegungen) auf. Dementsprechend können in Bezug auf beide Augen
konjugierte Augenbewegungen (Versionen = gleichsinnige, gleichgroße Bewegung
der Fixierlinien oder der Netzhautmeridiane beider Augen) und disjungierte
Augenbewegungen (Vergenzen = gegensinnige, gleichgroße Bewegung
der Fixierlinien oder der Netzhautmeridiane beider Augen) unterschieden werden.
Im Allgemeinen unterscheiden sich die Abstände des Fixationsobjektes zu
den beiden mechanischen Augendrehpunkten und damit auch der Akkommodationsbedarf
geringfügig
(dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich das Fixationsobjekt nicht
symmetrisch zu und nahe an den beiden Augen befindet). Die Erfassung
der Steuersignale der Okulomotorik (Nervensignale oder Muskelsignale)
ist extrakorporal möglich
(z. B. durch die Elektromyographie der Augenmuskeln), sie wäre intrakorporal
jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden. Die Motorik der Augenbewegungen
ist auch im hohen Alter hochpräzise
und Abweichungen zwischen Soll- und Istwert (=Fixationsdisparität) betragen
nur wenige Winkelminuten. Daher ist beim Binokularsehen in sehr
guter Näherung
ein Schnitt der Fixierlinien gewährleistet
und es kann aus den Auswirkungen der Nerven- und Muskelsignale an
die Augenmotorik, d. h. aus der Orientierung beider Augäpfel im
Raum, auf den Akkommodationsbedarf des rechten, bzw. des linken
Auges geschlossen werden.
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Durch
den Einsatz der Mittel zur Messung des Magnetfeldes lässt sich
der Akkommodationsbedarf aus der Stellung der beiden Augäpfel berechnen. Durch
den Schnittpunkt der Fixierlinien ist der Fixationspunkt eindeutig
festgelegt. Der Kehrwert des Abstandes zwischen Hornhaut und Fixationspunkt
entspricht dem Akkommodationsbedarf. Der Akkommodationsbedarf wird
im wesentlichen durch die Augapfelorientierung, den Winkel, den
die beiden Fixierlinien einschließen, bestimmbar. Liegt das
Fixationsobjekt auf der Mittelsenkrechten der beiden Augenmitten,
lässt sich
der Akkommodationsbedarf aus dem Vergenzwinkel exakt berechnen.
Liegt das Fixationsobjekt außerhalb
der Mittelsenkrechten, ist diese Berechnung ausreichend genau.
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Wird
beispielsweise das Erdmagnetfeld als Referenz verwendet, lassen
sich mit dem Mittel zur Messung des Magnetfeldes diejenigen Winkel
bestimmen, die die Sensoren und damit auch die Augen bezüglich des
Magnetfeldes einnehmen. Die Differenz der beiden Winkel entspricht
dem Vergenzwinkel.
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Bei
einem kopffesten Magnetfeld lässt
sich zusätzlich
der Versionswinkel bestimmen. Dadurch ist in diesem Fall die Möglichkeit
gegeben, bei einem Fixationspunkt außerhalb obengenannter Mittelsenkrechten
den Unterschied des Akkommodationsbedarfs zwischen linkem und rechtem
Auge zu bestimmen.
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Vorzugsweise
sind erfindungsgemäß zwei augapfelfeste
Mittel zur Messung eines Magnetfeldes vorgesehen. Die Augapfelorientierung
lässt sich aufgrund
dessen mit Hilfe eines externen Magnetfeldes, z. B. des Erdmagnetfeldes,
oder auch eines anderen z. B. kopffesten Magnetfeldes messen. Als
Mittel zur Messung eines Magnetfeldes können beispielsweise Magnetoresistiv-
oder Hall-Sensoren vorgesehen werden. Diese sind beispielsweise
aus zwei orthogonal zueinander stehenden Sensoren aufgebaut (Kompasssensor).
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Hall-Sensoren
und Magnetoresitiv-Sensoren wie auch Magnetfeldmessungen sind aus
dem Stand der Technik im Allgemeinen bekannt.
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Hall-Sensoren
nutzen den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern und Strömen. Wird
ein Hall-Sensor von einem Strom durchflossen und in ein senkrecht
dazu verlaufendes Magnetfeld gebracht, liefert er eine Spannung,
die proportional zum Produkt aus magnetischer Feldstärke und
Strom ist. Ist der Strom bekannt, kann man die magnetische Feldstärke messen.
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Der
magnetoresistive Effekt beruht darauf, dass Magnetowiderstandseffekte
den Widerstand von magnetischen bzw. nicht-magnetischen Metallen in
Abhängigkeit
von der Richtung (vektoriell) und den Betrag eines äußeren Magnetfeldes ändern.
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Mit
den erfindungsgemäß eingesetzten
Magnetoresistiv- oder Hall-Sensoren ist es möglich, paarweise in je einem
Auge ein Implantat zu schaffen. Vorzugsweise liegen die Größen der
Sensoren im Bereich von 0,1 bis 4 mm (Kantenlänge) und einer Dicke von 0,05
bis 1 mm. D. h. die bevorzugten Abmessungen der Sensoren liegen
bei 5 mm × 5
mm × 2 mm,
insbesondere 4 mm × 4
mm × 1
mm, ganz besonders bevorzugt bei 1 mm × 1 mm × 0,05 mm.
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Alle
Sensoren werden bevorzugt als gehäusefreie Chips in das System
integriert. Auf diese Art sollen platzintensive Verdrahtungen im
Gesamtsystem vermieden werden. Somit kann ermöglicht werden, dass das System
am (z. B. in einer Kontaktlinse) oder im Augapfel appliziert wird.
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Die
Verwendung eines externen Magnetfeldes zur Messung der Augapfelorientierung
ermöglicht
eine ortsunabhängige
Messung. Dadurch ist auch die Messung im Implantat im Kapselsack
möglich
und damit auch ein einstückiges
Implantat erreichbar.
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Die
Möglichkeit
für ein
einstückiges
künstliches
Akkommodationssystem mit nur einem Implantationsort, dem Kapselsack,
vereinfacht die Implantation erheblich. Da das System ohne elektrische
oder taktile Anbindung an dem Körper
messen kann, ist eine ausreichend genaue Messung unabhängig von eventuell
auftretenden Gewebeveränderungen
möglich.
Dies gewährleistet
ein dauerhaft funktionsfähiges
System.
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Da
jedes Implantat für
sich aus der Magnetfeldmessung seine Winkelstellung misst, der Akkommodationsbedarfs
jedoch aus den Winkeln beider Augäpfel bestimmt werden muss,
ist eine Informationsübertragung
zwischen den beiden Implantaten notwendig. Für diese Informationsübertragung
zwischen einem Implantat im linken und rechten Auge können beispielsweise
elektromagnetische Wechselfelder verwendet werden. Werden elektromagnetische
Wechselfelder verwendet, besteht die Möglichkeit, die vorhandenen
Magnetsensoren als Informationsempfänger zu verwenden. Dies kann
durch wechselseitiges Messen und Übertragen erfolgen oder auch
durch die Wahl einer Trägerfrequenz,
welche so hoch gewählt
wird, dass keine Beeinflussung durch Störsignale auftritt, die durch
Bewegungen von Kopf oder Augapfel hervorgerufen werden. Um die Funktion
des Systems auch bei zeitlich beschränkt auftretenden Störungen des
Erdmagnetfeldes sicherzustellen, können daraus entstehende Messfehler durch
zusätzliche
Sensoren zur Messung der Winkelbeschleunigung in beiden Augen (Gyroskop)
kompensiert werden.
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Die
erfassten Informationen werden im Rahmen der hier beschriebenen
Erfindung dem Informationsverarbeitungssystem zur Verfügung gestellt.
Gegenstand der Erfindung ist aber auch ein oben beschriebenes Informationserfassungssystem
allein, welches Messdaten zur Registrierung und Weiterverarbeitung
an einen Empfänger
außerhalb
des Körpers
senden kann.
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Die
erfassten Signale werden vom Informationsverarbeitungssystem aufbereitet
(z. B. Ausreißertests,
Glättung,
Filterung, Verstärkung).
Mit Methoden der klassischen Statistik, der Computational Intelligence
und Data Mining werden Merkmale extrahiert und klassifiziert, um
die Akkommodationsabsicht zu detektieren. Mit Hilfe von steuerungs-
und regelungstechnischen Methoden (z. B. fuzzy-gesteuerter PID-Regler,
adaptive Regelungsalgorithmen, selbstlernende Algorithmen) werden
die benötigten Stellsignale
für das
optische System generiert. Es können
sowohl hierarchische Regelungsstrukturen als auch zentral-dezentrale
Strukturen zum Einsatz kommen.
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Zur
Versorgung der Subsysteme mit Energie wird ein Energieversorgungssystem
eingesetzt, das aus einem Energiewandler, einem Energiespeicher und
einer Steuerungseinheit bestehen kann. Der Energiewandler transformiert
von außen
fernübertragene
Energie (z. B. induktiv, kapazitiv, optisch) oder gespeicherte Energie
(z. B. Batterie, Miniatur-Brennstoffzelle), die auch in Form von
Körperflüssigkeiten (z.
B. das nährstoffreiche
Kammerwasser, Blut) vorliegen kann, bzw. mechanische Energie (z.
B. aus Muskelbewegungen) über
einen Energiespeicher in elektrische Energie. Diese wird durch die
Steuereinheit des Energieversorgungssystems zu genau definierten
Zeitpunkten an die Subsysteme abgegeben. Durch Messung der Beleuchtungsstärke (z.
B. durch eine Fotozelle) kann erreicht werden, dass bei Dunkelheit
oder bei geschlossenen Augen, d. h. in Situationen, in denen keine
Akkommodationsfähigkeit
erforderlich ist, das Gesamtsystem in einen Zustand minimalen Energieumsatzes
gebracht wird. Die dazu notwendigen Steuersignale werden vom Informationsverarbeitungssystem
generiert.
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Das
Gesamtsystem wird mit Hilfe von geeigneten Befestigungselementen
zur axialen Fixierung und radialen Zentrierung im Strahlengang implantiert.
Aus der Ophthalmologie (Augenheilkunde) sind für Intraokularlinsen zahlreiche
Haptikausführungen bekannt.
(Draeger, J.; Guthoff, R. F.: Kunstlinsenimplantation. In: Augenheilkunde
in Klinik und Praxis Band 4. Hrsg.: Francois, J.; Hollwich, F. Georg
Thieme Verlag Stuttgart New York (1991); Auffarth, G. U.; Apple,
D. J: Zur Entwicklungsgeschichte der Intraokularlinsen. Ophthalmologe
98(11) (2001) 1017-1028).
Diese können
vorzugsweise im Kammerwinkel, im Sulcus ciliaris oder im Kapselsack
Halt finden.
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Das
künstliche
Akkommodationssystem ist der technische Teil eines Regelungssystems
(geschlossener Regelkreis), welches als künstliches System die Funktion
der natürlichen
verformbaren Augenlinse und des Ziliarmuskels eines Patienten substituiert.
Der biologische Teil besteht im Wesentlichen aus: der Hornhaut,
dem Kammerwasser und dem Glaskörper
als Bestandteile des dioptrischen Apparates, der Netzhaut als natürlichem
Sensorarray und dem Gehirn als natürliche Informationsverarbeitungseinheit,
die Steuersignale erzeugt, die Informationen über den Akkommodationsbedarf
enthalten.
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Das
künstliche
Akkommodationssystem umfasst ein optisches System, mit einer verstellbaren Brennweite
und/oder anderen optischen Eigenschaften. Dieses bildet einen neu
eingebrachten Bestandteil des dioptrischen Apparates des Patienten.
Es umfasst ein Informationserfassungssystem, das Mittel zur Messung
eines Magnetfeldes aufweist. Auf Basis dieser Messungen wird der
Akkommodationsbedarf durch ein Informationsverarbeitungssystem ermittelt
und es werden Stellsignale zum Ansteuern des optischen Systems generiert.
Das System wird über
ein geeignetes Energieversorgungssystem gespeist und ist über ein
Befestigungssystem im Patientenauge fixiert.
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Das
beschriebene Akkommodationssystem kann zur Wiederherstellung der
Akkommodationsfähigkeit
nach Entfernung der natürlichen
Augenlinse bei Linsentrübung
(Katarakt) oder Alterssichtigkeit (Presbyopie) dienen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben:
In 1 ist
eine schematische Darstellung des Gesamtsystems (künstliches
Akkommodationssystem) wiedergegeben. Die Information 1,
z. B. Licht von einem Objekt in zeitlich veränderlicher Gegenstandsweite
fällt durch
den dioptrischen Apparat des menschlichen Auges 2, der
das optische System 3 enthält. Das fokussierte Licht 1a fällt auf
den natürlichen
Sensor, die Netzhaut 4.
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Die
durch die Photorezeptoren generierten afferenten Signale 5 werden
dem natürlichen
Informationsverarbeitungssystem 6, dem Gehirn, zugeleitet.
Von dort werden efferente Signale 7, die Information über den
Akkommodationsbedarf enthalten, an motorische Strukturen (z. B.
Ziliarmuskeln, Bulbusmuskeln) gesendet. Diese Information wird vom
Informationserfassungssystem 8 des künstlichen Akkommodations-Systems
aufgenommen. Das Informationsverarbeitungssystem 9 leitet
daraus Stellsignale für
das optische System 3 ab. Damit wird die Scheitelbrechkraft
des dioptrischen Apparates 2 durch das künstliche
Akkommodationssystem an den Akkommodationsbedarf angepaßt, der
aus zeitlich veränderlichen
Gegenstandsweiten resultiert. 10 stellt das Energieversorgungssystem
dar. Alle technischen Systembestandteile sind durch eine gestrichelte
Linie eingerahmt.
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In 2 sind
der Vergenzwinkel v, der Versionswinkel θ und der Nickwinkel Φ bei Betrachtung
eines Fixationswinkels F dargestellt. Damit lässt sich der Akkommodationsbedarf
aus der Stellung der beiden Augäpfel
berechnen. Durch den Schnittpunkt der beiden Fixierlinien ist der
Fixationspunkt des Fixationsobjektes F vorgegeben. Der Kehrwert
des Abstandes zwischen Hornhaut und Fixationsobjekt F entspricht
dem Akkommodationsbedarf. Der Akkommodationsbedarf wird im Wesentlichen
durch den Vergenzwinkel v und den Versionswinkel θ bestimmbar.
Liegt das Fixationsobjekt auf der Mittellinie der beiden Augenmitten,
lässt sich
der Akkommodationsbedarf aus dem Vergenzwinkel v exakt berechnen.
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In 3 ist
die Augenstellung bezüglich
des annähernd
homogenen Erdmagnetfeldes dargestellt. Mit Hilfe dieses Erdmagnetfeldes
kann der Vergenzwinkel v unter Einbeziehung von zwei augäpfelfesten
Kompasssensoren gemessen werden. Durch die Verwendung des Erdmagnetfeldes
als Referenz lassen sich mit den beiden Kompasssensoren diejenigen
Winkel bestimmen, die die Sensoren und damit die Augen bezüglich des
Magnetfeldes einnehmen. Die Differenz der beiden Winkel entspricht
dem Vergenzwinkel v.
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In 4 ist
die Augenstellung bezüglich
des beliebigen, aber kopffesten Magnetfeldes dargestellt. Bei einem
kopffesten Magnetfeld lässt
sich nämlich zusätzlich zum
Vergenzwinkel v der Versionswinkel θ erfassen. Dadurch ist in jedem
Fall die Möglichkeit gegeben,
bei einem Fixationsobjekt F außerhalb
der Mittelsenkrechten den Unterschied des Akkommodationsbedarfs
zwischen linken und rechten Auge zu bestimmen.